越南萊州水電站碾壓混凝土重力壩設計與施工

[越南]

阮紅河 等

曹艷輝　　馬貴生　譯

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越南萊州水電站碾壓混凝土重力壩設計與施工

[越南]

阮紅河 等

摘要：萊州水電站為越南北部沱江干流梯級開發的最上游一級，由越南電力集團建設，下游還有山蘿水電站、和平水電站。沱江支流在建或已建的電站有3座，越南電力集團擁有其中的2座。目前，越南電力集團在越南國家電網擁有的總裝機容量為6 260 MW。對越南萊州水電站碾壓混凝土重力壩的施工狀況作了介紹。

關鍵詞：RCC重力壩；萊州水電站；越南

1沱江流域開發現狀

沱江為越南北部紅河的主要支流，發源于中國境內，流域總面積為5.26萬km2，其中有一半在中國境內。萊州水電站壩址控制流域面積2.6萬km2，壩址處多年平均流量為854 m3/s。越南電力集團(EVN)屬下水電站在沱江流域的分布及其主要壩型和裝機容量方面的相關數據列于表1中。

2萊州RCC重力壩設計

萊州(Lai chau)水電站的可行性研究歷經許多年，2009年，JSC工程咨詢公司完成并提交了對該水電站的可行性研究報告。2010～2012年初，根據國際標準和越南的相關標準，完成了萊州水電站的技術設計，包括對RCC原材料的評價。通過RCC拌和試驗，提出RCC配合比，保證了大壩經濟、快速、高質量地澆筑；同時，制定了詳細的施工方案和施工方法，優化施工設備配置，以滿足2015年首臺機組發電的進度要求。2012年末，技術設計報告得到相關主管部門批準。

大壩最大高度131.0 m，壩頂長620.0 m，選取多個壩體典型斷面，連同壩基一起進行結構分析和可靠性分析，包括剛體的穩定性分析、有限元靜力和動力分析以及二維和三維有限元熱應力分析。分析結果表明：上游壩面垂直，下游壩坡比為1∶0.75(V∶H)，壩頂寬度為12 m，在正常、非正常和極端荷載等各種工況下，安全系數均滿足設計標準。

采用運行基本地震和最大可信地震反應譜與時程進行了動力分析，分析結果表明：在層間接縫處，RCC的豎向抗拉強度應達到0.8 MPa，這一標準為365 d齡期試樣的特征強度。根據越南國內的工程實踐，該值可以作為驗收標準，而在其他地區類似的RCC大壩中要求進行廣泛的取芯試驗。熱應力分析表明，RCC澆筑的最高允許溫度為20℃。

在高程190.0 m、233.0 m和265.0 m處，分別布置了3層廊道，其中，后2層廊道均延伸到了兩岸的壩肩處。在河床最大壩高段布置有2排帷幕灌漿孔，孔深進入基巖80 m處。在大壩和壩肩最低的廊道中，布置有傾向防滲帷幕下游側的排水斜孔，最大孔深為50 m。

RCC水泥含量較高，具有在簡單澆筑程序下獲得較強結合力的和易性，這樣可以加快施工進度，提高現場澆筑質量，無需施工冷縫處的墊層混合料或砂漿。RCC配合比的設計和優化分為4個階段，采用不同的水泥，1種粉煤灰，緩凝外加劑和2種骨料。推薦并用于RCC重力壩施工的RCC配合比的強度滿足要求，每立方米的水泥用量為220 kg，其中60 kg為PC40水泥，160 kg為粉煤灰，PC40水泥起初從巴森(But Son)水泥廠采購，后期則從距離較近的安平(Yen Binh)水泥廠采購；粉煤灰從普吏(Pha Lai)燃煤熱電廠采購。

熱電廠生產的粉煤灰殘余含碳量(燃燒損失)較高而且含量變化也比較大。根據越南相關主管部門的要求，需要對粉煤灰實施處理，且處理后的殘余含碳量不得高于6%。經碳分離處理后，粉煤灰的燃燒損失最大值降至3%。混凝土骨料最大粒徑為50 mm，單位含水量為110 kg/m3。RCC的初凝時間為18～24 h，因此每一層RCC均可在初凝時間內澆筑完成，從而增強了RCC的整體性，減少了在澆筑下一層RCC之前對層間縫處理的工作量。如果每層RCC體積均不超過1 000 m3，那么其初凝時間可縮短至9～15 h。

萊州水電站與山蘿水電站使用的是同一級別的RCC，其特點之一是使用池灰，而且是首次大規模使用。拌和試驗表明，盡管這種F級粉煤灰(美國材料與試驗協會標準C618)的殘余碳含量較高，但是具有黏結力強、強度高的特點。因此，仍確定將其用于山蘿水電站RCC壩的施工。粉煤灰這種優良性質與Ⅰ類水泥相結合并將其用于大壩工程中，可大幅減少RCC中的水泥用量，且能達到混凝土的強度要求。

由于采用了以下幾項措施，使山蘿和萊州水電站大壩的耐久性可得到有力保證。

(1) 充分利用了本被廢棄的粉煤灰。

(2) 減少水泥的用量(如果使用碾磨生產的不含火山灰的石粉來代替粉煤灰，那么山蘿水電站RCC中的最終水泥用量將會是其實際使用量的2.5倍，萊州水電站RCC中的水泥用量更低)。

(3) 開辟新商機(拓展混凝土的應用范圍，將未完全燃燒的碳作為煤來銷售等)。

3施工速度

RCC壩施工的主要優勢在于混凝土的澆筑速度快，可以保證項目的施工進度。山蘿水電站建在萊州水電站的下游，2008年1月11日至2010年8月26日，共澆筑RCC 270萬m3，是越南第一個按期完工的大型公共項目。項目完工以后，越南電力集團每天獲得的發電收益達100萬美元。

萊州水電站的RCC澆筑施工在2015年4月中旬完成，比原計劃的5月底完工提前了將近2個月。工程于2015年底實現首臺機組投運發電，每天的發電收益為50萬美元。像山蘿和萊州水電站這類水電工程，不能因為發電效益而過分強調施工速度的重要性，如果能如期或提前完成，不僅能增加發電量，且可降低承包商現場施工的費用。

4施工安排

2013年3月7日，萊州RCC壩開始在狹窄的河谷中施工，共分成4個壩段，每個壩段均由幾個單元組成。對前期施工圖所需的3臺纜機和單元工程的布置，均采用由工程主管口頭批準的方式，如果為了簡化RCC施工布置而需要對已獲準的設計圖紙進行修改，那么其手續非常繁瑣復雜。混凝土拌和樓位于壩址下游，將RCC從拌和樓輸送到壩上需要借助于幾臺纜機，第1臺和中間1臺纜機主要負責施工溢流表孔堰面以下以及電站進水口右側至疊梁門庫的混凝土輸送，第2臺纜機主要用于左岸壩段施工，中間的纜機同時又作為第3臺纜機用于右岸壩段的施工。

首先，對常規大體積混凝土以下及鋼襯泄水底孔以下的RCC進行施工，同時又對位于河床中部溢流壩段常規混凝土溢流堰面以下的RCC進行施工。根據施工進度安排，在對電站進水口處的常規混凝土右側RCC進行澆筑之前應留有一定的間歇時間，以進行電站進水口常態混凝土的施工；間歇后，才能開始左岸非溢流壩段RCC的澆筑。由于壓力鋼管和電站進水口常規混凝土施工留有2段較長的間歇時間，從而影響到了整個RCC的施工進度(部分是由2014年6～9月第2條RCC施工纜機安裝原因所致)。第3條RCC施工纜機的安裝進展比較順利，河床導流明渠內的RCC澆筑施工于2014年12月10日順利開始。截止2015年3月初，大壩僅剩右岸非溢流壩段上部35 m高度未完成。

盡管萊州水電站的混凝土澆筑程序比較復雜，但同時也具有一大優勢，由于澆筑單元相對比較小，RCC可層層連續澆筑；壩體中的水平施工縫有98%是“熱合”的，除了必要的清理以外，無需對層間縫進行任何處理就可以保證現場澆筑RCC的質量。

萊州水電站RCC澆筑進度的另一個控制因素是導流方案，旱季為2個10 m×16 m(寬×高)的導流底孔導流，汛期導流則增加1條底寬為34 m的導流明渠。右岸RCC開始澆筑施工的時間不可避免地受到了2014年汛期持續時間、河流水位以及下游山蘿水電站庫水位的制約。

另一個導流方案是增設導流底孔來代替導流明渠，以使RCC澆筑施工不受高水位的影響。如果大壩建設工期縮短，提前發電產生的效益能夠抵消增設導流底孔所增加的費用，那么全導流底孔導流的方案就更經濟合理。在萊州水電站大壩RCC施工過程中，可能由于自身原因造成施工間歇，累計有5個月，因此大壩的建設工期至少可縮短一部分。由此看來，導流方案對萊州水電站的施工工期影響顯著。

圖1(a)為2013年12月11日從萊州水電站大壩左岸拍攝的河床中部溢流壩段C5 RCC正在澆筑的狀況；圖1(b)為15個月后，即2015年3月10日同一位置拍攝，大壩正在施工R2 RCC。通過對2張照片對比可知，大壩的施工速度非常快。

5質量控制

5.1安全監測

對萊州水電站進行了安全監測，監測內容包括位移、應力、應變、溫度、壩基孔隙水壓力、兩岸地下水位(蓄水前和蓄水后)、地震加速度和滲漏等。特別是開展了RCC早期特性監測，包括在RCC中埋設有效應力計、長基應變計和熱電耦合計。

將監測儀器安裝完成以后，即定期進行監測，迄今為止，已為大壩的施工條件和施工質量提供了大量翔實可靠的數據信息。隨著監測數據的不斷增加，還需要對其進行分析處理，經分析處理后的數據將作為水庫蓄水前的初始值。

5.2RCC壩

對RCC壩制訂了大量質量控制措施，包括密度和稠度(修訂的VeBe試驗)控制、RCC拌和樓溫度和澆筑溫度控制、RCC凝固時間以及室內RCC抗壓和抗拉試樣的制備。每2 000 m3的RCC取樣一次進行一組抗壓試驗，每10 000 m3RCC取樣一次進行一組抗拉試驗，每組試樣采用不同的齡期，最大齡期為1 000 d。此外，碾壓后利用核子密度儀現場測定RCC的密度，最小原位密度值應滿足設計要求。

在本文撰寫期間，800組試樣的齡期幾乎均達到28 d;其中550組試樣的齡期高達365 d，抗壓強度及拉強度試驗成果分別見圖2和圖3。越南主管部門規定,RCC 365 d齡期的抗壓強度不得小于17.65 MPa。迄今為止，RCC的抗壓強度均值達到了21.3 MPa，超過設計值近20%。RCC抗拉強度設計值為1.39 MPa，現場試驗的抗拉強度值滿足設計要求。

6原位芯樣特性

只有通過大量的原位試驗，才能確定合理可行的RCC施工技術。應與同行分享所獲得的試驗數據，才有利于RCC壩技術迅速發展。在越南協議書框架下，要獲得工程認可，需要進行現場RCC工程特性試驗，因此采取大量91 d齡期以內各種齡期的芯樣試驗是整個質量管理(或質量控制)的重要環節。芯樣試驗內容包括抗壓強度、抗拉強度(包括原材料和施工縫)和壓縮模量。至今共進行了超過300組的抗壓試驗、1 000組的抗拉試驗和150組的壓縮模量試驗。

芯樣抗壓強度試驗成果見圖4，5，由芯樣抗壓強度試驗數據繪制的擬合曲線與圓柱體的擬合曲線進行了對比分析。可以看出，芯樣原位抗壓強度要略低于圓柱體的抗壓強度，但是2條曲線幾乎平行。365 d齡期的設計芯樣抗壓強度為16.6 MPa，現場芯樣的平均抗壓強度為18.3 MPa，約高出設計值10%。同樣，試樣(大約340個)的直接抗拉強度見圖3，對芯樣與圓柱體試樣的抗拉強度擬合曲線也進行了對比分析。結果表明，不僅芯樣的抗拉強度高于圓柱體試樣的，而且原位抗拉強度隨著齡期的增長速度會更加緩慢。盡管如此，原位芯樣的抗拉強度平均值約為1.35 MPa，約比設計值1.25 MPa高8%。

對于包含接觸層面試樣(目前已經取樣約680組)的分析會更加復雜，因為其分析涉及到2個變量問題，即齡期與層間縫結合的修正系數MMF，需要在所有試驗均完成后再進行詳細分析。目前，包含與不包含接合層面的試驗結果一致，在混凝土齡期達到182 d后，強度略有增加;而隨著MMF的增加,其強度略有減少。實際上，在設計齡期內，所有試驗成果均超過設計值0.9 MPa。

7結語

雖然萊州水電站施工組織設計做得很好，特別是電站進水口結構和導流方案，但是經過在施工期修改設計方案以后，實際工期縮短3～6個月，RCC的澆筑比原計劃提前2個月完成，基本上實現如期發電的目標。萊州和山蘿2座水電站的按時建成，可以緩解越南電力供應緊張的局面。

通過大量的現場RCC試驗，結果表明，萊州水電站RCC的特性均滿足甚至超過了越南相關主管部門確定的設計標準。

曹艷輝馬貴生譯

(編輯：趙秋云)

收稿日期：2015-12-26

文章編號：1006-0081(2016)05-0020-04

中圖法分類號：TV642.2

文獻標志碼：A

(譯者簡介：曹艷輝，男，長江勘測規劃設計研究有限責任公司,高級工程師。)